世界第四次大规模珊瑚白化正在进行，但珊瑚礁可能有更好的恢复机会

世界上的珊瑚礁就像水下城市，熙熙攘攘地生活着各种鱼类和海洋动物。珊瑚礁仅占海洋面积的不到 1%，但它们支持 估计占所有海洋物种的 25%, ，包括许多重要的鱼类。这些复杂的生态系统提供的服务的经济价值估计为 仅在美国每年就超过 34 亿美元

如今，海洋温度上升威胁着许多珊瑚礁的生存。当海水长时间变得太热时，珊瑚会排出 色彩缤纷的共生藻类，称为虫黄藻, ，生活在它们的组织中——这个过程称为珊瑚白化。这些藻类为珊瑚提供食物，因此白化的珊瑚很容易饥饿和疾病，如果水冷却得不够快，珊瑚可能会死亡。

随着全球海洋热 创纪录水平, ，科学家已经证实， 全球珊瑚白化事件正在进行中. 。自2023年初以来， 珊瑚已经死亡 分布于印度洋、太平洋和大西洋，赤道以北和以南。

当前大加勒比地区的白化事件比1998年全球第一次白化事件以来记录的任何一次白化事件都持续时间更长、更严重。我学习 大尺度气候和海洋动力学 我正在分析珊瑚礁之间的生物联系（有时延伸很远）如何帮助珊瑚礁从热应激中恢复。

珊瑚礁关系

鉴于海洋温度变暖的速度如此之快，科学家们正在努力制定应对策略。这些包括 使珊瑚更耐热;用健康的珊瑚恢复受损区域； 搬迁珊瑚苗圃 到凉爽的地方； 培育“超级珊瑚””对这些压力更有抵抗力；并增强 天然化学信号 和 声音提示 吸引幼虫珊瑚和鱼类到受损的珊瑚礁。

珊瑚礁上发现的许多鱼类在保持这些群落健康方面发挥着重要作用。例如，海藻与珊瑚争夺空间和光线，并且通常会在白化事件后接管珊瑚礁。

如果珊瑚周围都是吃不同类型海藻的鱼，例如 鹦嘴鱼、刺尾鱼和兔鱼. 。为了反映它们的作用，这些物种通常被统称为食草动物。

海参——坚韧的海底生物， 与海星和海胆有远亲关系 – 也是重要的珊瑚礁伙伴。它们以海洋沉积物中的细菌和其他有机物质为食，清理珊瑚礁周围的区域。

我的佐治亚理工学院同事 马克·海伊 最近发表的一项研究表明，从珊瑚礁群落中清除海参会导致有机废物和 珊瑚死亡人数增加了 15 倍. 。保护海参， 作为食物来源过度采伐, ，可以帮助保持珊瑚礁的健康。

海洋互联互通的作用

珊瑚礁并不是孤立的前哨基地。当鱼类和珊瑚产卵时，它们会释放出数以百万计的幼虫，这些幼虫随水流漂流并通过珊瑚礁进行交换 混合和运输过程. 。这些交换构成了珊瑚礁的连通性。

一些珊瑚礁为许多其他珊瑚礁提供幼虫。其他珊瑚礁更加孤立，因此科学家可能需要人工引入幼虫，以帮助珊瑚礁从白化和其他威胁中恢复过来。

研究表明，连接良好的珊瑚礁 从漂白等压力中恢复得更快. 。接收由洋流从远处运送来的大量珊瑚和鱼类幼虫，有助于恢复白化区域并维持多样化的珊瑚礁群落。保持这种连通性是珊瑚礁保护的关键。

但测量连通性既耗时又昂贵。研究人员从可能相连的珊瑚礁中收集珊瑚样本，并分析珊瑚的 DNA，以重建它们的遗传历史。这产生了不同人群之间相互关联程度的一幅图景。

我们还使用计算机模型 模拟携带虚拟幼虫的洋流 从它们的释放点到它们的定居点。但水流并不像高速公路那样固定在某个地方：它们的强度和方向随着时间的推移而变化，具体取决于季节和年份。研究珊瑚礁的连通性需要对小区域进行细致的多年模型模拟，这涉及大量的计算。

机器学习的见解

现在， 机器学习 提供了一种分析珊瑚礁连接的新方法。人工智能的这个子领域使计算机能够在没有明确指示的情况下学习任务或关联。相反，他们使用算法来处理各种任务。

我的研究小组开发了一种工具，可以从卫星数据中获取有关洋流的信息；形成生态区网络，或生态系统总体相似的区域；和 计算他们在过去 30 到 40 年的连通性. 。然后，我们使用以下方法识别连接更好的珊瑚礁 PageRank 中心性 – Google 开发的用于衡量网页受欢迎程度的算法。

一旦我们定义了生态区网络，就可以确定已知珊瑚礁的“受欢迎程度”（即连通程度）。我们可以通过查看“流行”珊瑚礁群落是否包含更多样化和健康的珊瑚种群来验证我们的算法是否运行良好。

我们发现在 东南亚的珊瑚三角区 – 地球上最大的生物多样性热点 – 生物多样性之间的周期性变化 厄尔尼诺和拉尼娜气候模式 促进生物多样性，并且很可能已经这样做了 过去500万到700万年. 。厄尔尼诺事件期间的连通性与拉尼娜事件期间的连通性非常不同，因为洋流不同。这种动态通过确保珊瑚礁在不同年份接收来自许多不同地方的幼虫来帮助珊瑚礁。

了解哪些珊瑚和环境特征有助于使珊瑚礁恢复活力，并将这些信息与连接网络结合起来，为帮助珊瑚生存更长时间开辟了新途径。这些方法共同表明了如何以及在何处优先考虑监测和恢复工作。

从长远来看，阻止珊瑚死亡和保护支持如此多海洋生物的珊瑚礁栖息地的唯一方法是 限制水污染 并遏制气候变化。但更多让珊瑚礁更健康的局部行动可以为它们赢得一些时间，或许还能让它们更能抵御海洋变暖。